Активное исправление

Активное выпрямление , или синхронное выпрямление , — это метод повышения эффективности выпрямления путем замены диодов активно управляемыми переключателями, обычно силовыми МОП-транзисторами или силовыми транзисторами с биполярным переходом (BJT). ^[1] В то время как обычные полупроводниковые диоды имеют примерно фиксированное падение напряжения от 0,5 до 1 вольт, активные выпрямители ведут себя как сопротивления и могут иметь сколь угодно низкое падение напряжения.

Исторически сложилось так, что переключатели с вибрирующим с приводом от двигателя приводом или коммутаторы также использовались для механических выпрямителей и синхронного выпрямления. ^[2]

Активное выпрямление имеет множество применений. Он часто используется для массивов фотоэлектрических панелей, чтобы избежать обратного течения тока, который может вызвать перегрев при частичном затенении, обеспечивая при этом минимальные потери мощности. Он также используется в импульсных источниках питания (SMPS). ^[1]

Мотивация

Постоянное падение напряжения стандартного с pn-переходом диода обычно составляет от 0,7 В до 1,7 В, что приводит к значительным потерям мощности в диоде. Электрическая мощность зависит от тока и напряжения: потери мощности растут пропорционально току и напряжению.

низкого напряжения В преобразователях (около 10 В и менее) падение напряжения на диоде (обычно от 0,7 до 1 В для кремниевого диода при его номинальном токе) отрицательно влияет на эффективность. Одно классическое решение заменяет стандартные кремниевые диоды диодами Шоттки , которые демонстрируют очень низкое падение напряжения (всего 0,3 В). Однако даже выпрямители Шоттки могут иметь значительно большие потери, чем синхронные, особенно при больших токах и низких напряжениях.

При работе с преобразователями очень низкого напряжения, такими как источник питания понижающего преобразователя компьютера для процессора (с выходным напряжением около 1 В и выходным током во многие амперы ), выпрямление Шоттки не обеспечивает должной эффективности. В таких приложениях становится необходимым активное исправление. ^[1]

Описание

Замена диода активно управляемым переключающим элементом, например МОП-транзистором, является основой активного выпрямления. МОП-транзисторы имеют постоянное очень низкое сопротивление при проведении, известное как сопротивление открытого состояния (R _DS(on) ). Они могут быть изготовлены с сопротивлением открытого состояния всего 10 мОм или даже ниже. В этом случае падение напряжения на транзисторе становится намного ниже, что приводит к снижению потерь мощности и повышению эффективности. Однако закон Ома управляет падением напряжения на МОП-транзисторе, а это означает, что при больших токах падение может превышать падение напряжения на диоде. С этим ограничением обычно борются либо путем параллельного размещения нескольких транзисторов, тем самым уменьшая ток через каждый из них в отдельности, либо путем использования устройства с большей активной площадью (на полевых транзисторах - устройство-эквивалент параллельного).

Схема управления активным выпрямлением обычно использует компараторы для измерения напряжения входного переменного тока и открытия транзисторов в нужное время, чтобы позволить току течь в правильном направлении. Выбор времени очень важен, так как следует избегать короткого замыкания на входе питания, которое легко может быть вызвано включением одного транзистора до выключения другого. Активным выпрямителям также явно необходимы сглаживающие конденсаторы, присутствующие в пассивных примерах, для обеспечения более плавного питания, чем при одном выпрямлении.

Использование активного выпрямления для реализации преобразования переменного/постоянного тока позволяет конструкции подвергаться дальнейшим улучшениям (с большей сложностью) для достижения активной коррекции коэффициента мощности , которая заставляет форму тока источника переменного тока следовать форме волны напряжения, устраняя реактивные токи и позволяя Общая система для достижения большей эффективности.

Идеальный диод на основе MOSFET

МОП-транзистор, активно управляемый в качестве выпрямителя (активно включенный, чтобы пропустить ток в одном направлении, но активно выключенный, чтобы блокировать протекание тока в другом направлении), иногда называют идеальным диодом .

Использование этих идеальных диодов вместо стандартных диодов для обхода солнечных электрических панелей , защиты от обратного тока батареи или мостовых выпрямителей снижает количество мощности, рассеиваемой в диодах, повышает эффективность и уменьшает размер печатной платы и вес требуемого радиатора. бороться с рассеиванием мощности. ^[3]^[4]^[5]^[6]^[7]^[8]

Такой идеальный диод на основе MOSFET не следует путать с супердиодом на основе операционного усилителя , который часто называют прецизионным выпрямителем.

Строительство

См. H-мост .

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Али Эмади (2009). Интегрированные силовые электронные преобразователи и цифровое управление . ЦРК Пресс. стр. 145–146. ISBN 978-1-4398-0069-0 .
^ Морис Агнус Уден (1907). Стандартные многофазные аппараты и системы (5-е изд.). Ван Ностранд. п. 236 . синхронный выпрямительный коммутатор.
^ «Идеальный диод для обхода солнечных панелей» .
^ «Идеальный контроллер диодного моста» .
^ «Идеальный контроллер диодного моста сводит к минимуму потери мощности и нагрев в устройствах с питанием PoE»
^ «Защита цепей обратного тока». Архивировано 13 августа 2019 г. в Wayback Machine .
^ «Схемы защиты от обратного тока/батареи» .
^ «Защита от обратной мощности с использованием силовых МОП-транзисторов» .

Дальнейшее чтение

Т. Гроссен, Э. Мензель, Дж. Дж. Р. Энслин. (1999) Трехфазный понижающий активный выпрямитель с коррекцией коэффициента мощности и низким уровнем электромагнитных помех. Труды IEE - Применение электроэнергетики, Vol. 146, вып. 6 ноября 1999 г., стр. 591–596. Идентификатор цифрового объекта: 10.1049/ip-epa: 19990523.
В. Сантьяго, А. Бирченаф. (2005). Однофазное пассивное выпрямление в сравнении с активным выпрямлением в двигателях Стирлинга большой мощности . АИАА 2005-5687.

[emadi-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с Али Эмади (2009). Интегрированные силовые электронные преобразователи и цифровое управление . ЦРК Пресс. стр. 145–146. ISBN 978-1-4398-0069-0 .

[2] Морис Агнус Уден (1907). Стандартные многофазные аппараты и системы (5-е изд.). Ван Ностранд. п. 236 . синхронный выпрямительный коммутатор.

[3] «Идеальный диод для обхода солнечных панелей» .

[4] «Идеальный контроллер диодного моста» .

[5] «Идеальный контроллер диодного моста сводит к минимуму потери мощности и нагрев в устройствах с питанием PoE»

[6] «Защита цепей обратного тока». Архивировано 13 августа 2019 г. в Wayback Machine .

[7] «Схемы защиты от обратного тока/батареи» .

[8] «Защита от обратной мощности с использованием силовых МОП-транзисторов» .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]